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【初心者でもわかる!】設計における形状最適化の概要からソフトウェアまで解説

作成日:2024年7月16日 更新日: –

近年、設計業界ではコンピュータ・ソフトウェアの発展によって、「どのような形状にすればより良く性能を発揮できるか?」等を探索する形状最適化の方法が変わってきています。難しく感じる形状最適化の概要から、形状最適化に使われるソフトウェアまで、本記事でご紹介します。

ス ポ ン サ ー リ ン ク

目次

形状最適化とは?その基本概念を理解する

形状最適化の定義

形状最適化とは、与えられた制約条件の中で、材料の使用量や形状を最適化することで、性能や効率を最大化する手法 です。これにより、構造物や製品の性能を向上させ、コスト削減や軽量化が図れます。

形状最適化の種類

形状最適化には主に3つの方法があります:

  • 寸法最適化:寸法や厚さなどのパラメータを調整して最適化する方法。
  • 形状最適化:表面形状を変えて最適化する方法。
  • トポロジー最適化:材料の配置や密度分布を変えて最適化する方法 (ProTOp)。

形状最適化の技術と手法

トポロジー最適化の基礎

トポロジー最適化は、設計空間内で材料をどのように配置するかを最適化する手法で、特に軽量化が重要な航空宇宙業界などで利用され、注目を集めています (ProTOp)。シミュレーションを繰り返すことで、最適解を見つけていきます(CAD)。

寸法最適化と形状最適化の違い

寸法最適化は特定の寸法や厚さを調整するのに対し、形状最適化は表面形状そのものを変える 点が異なります。寸法最適化は簡単な形状変更で済む場合に有効で、形状最適化はより複雑な設計変更が必要な場合に用いられます​ (Quint Co. Ltd.)​。

形状最適化の具体的な応用事例

自動車部品における応用例

自動車部品では、軽量化と強度の両立が求められます。例えば、リンクアームの応力低減やアルミホイールの軽量化などに形状最適化が活用されています​ (Quint Co. Ltd.)​。

ヒートシンクの形状最適化による放熱効果の向上

ヒートシンクとは、日本語で「放熱器」と言われるように、電子部品など高温になるものに使われ、表面積を増やし熱を空気中に放熱する役割を担うものです。形状を最適化することで、放熱効果を向上させることができます。フィンの間隔や形状を調整することで、効率的な冷却が可能となります (EBINAX株式会社 –)。

写真出典:Wikipedia

形状最適化のメリットと課題

効率化と軽量化のメリット

形状最適化により、材料の使用量を削減し、製品の軽量化とコスト削減が実現できます。また、性能向上により、製品の競争力が高まります​ (Monoist)​​ (SBD Design & Engineering)​。

技術的な課題とその解決策

形状最適化には高度な計算技術が必要であり、計算コストや解析時間が課題となります。これを解決するためには、最適化アルゴリズムの改良や高速な計算技術の導入が求められます​ (ProTOp)​。

最新の形状最適化ソフトウェア・ツール

OPTISHAPE-TSの機能と利点

OPTISHAPE-TSは、形状最適化に特化したソフトウェアで、多様な解析機能を備えています。これにより、設計者は効率的に最適化設計を行うことができます​ (Quint Co. Ltd.)​。

ProTOpによる解析スピードの向上

ProTOpは、独自のアルゴリズムと高速化された有限要素解析を採用し、解析スピードを大幅に向上させたソフトウェアです。これにより、設計者は短時間で最適な形状を見つけることができます​ (ProTOp)​。

ORIFACEによる折りの自動設計

ORIFACEは、折り技術を活用して事業創出や課題解決をサポートする、サーフェス(モノを包む面)形状探索システムで、OUTSENSEが開発し特許を取得しています。プロダクトのサーフェスを解析・データベース化し、市場インパクトを算出して事業創出をサポートしたり、コスト削減などの課題に対しシミュレーションで最適な形状を導き出し、課題解決を支援します。サーフェス形状に折り技術を用いることで、輸送性・収納性の向上や、衝撃吸収性などの強化、複雑な形状の生産簡素化 などを実現。既存プロダクトの再構築や新しい価値の提供に寄与します。 照明やベッド、タイヤ、アウトドア施設、宇宙建築など、様々な分野での活用が見込まれ、プロダクト製作の可能性を拡げると期待されます。 (ORIFACE)。

まとめ

形状最適化は、現代の設計において重要な役割を果たしています。効率的な材料利用や軽量化、性能向上など、多くのメリットがあり、様々な業界で活用されています。最新のソフトウェアやツールを活用することで、さらに効果的な最適化設計が可能となるでしょう。

「表面に折り形状を入れることで、放熱効果を高めることができるか?」というようなご質問は、様々な製造業の皆様からよく頂くお問い合わせの一つです。その他にも折り工学によって形状最適化を図れる可能性は大いにありますので、お気軽にお尋ねください。

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こ の 記 事 を 書 い た 人

株式会社OUTSENSE(あうとせんす)

株式会社OUTSENSEは、「折り工学」を専門とした設計会社です。折りによるデザイン性のや機能性の付与を通して、新規事業開発や製品課題解決をいたします。

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株式会社OUTSENSE

(あうとせんす)

株式会社OUTSENSEは、「折り工学」を専門とした設計会社です。折りによるデザイン性や機能性の付与を通して、新規事業開発や製品課題解決をいたします。本ブログでは、「折り工学」や研究開発、環境技術について発信しています。

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